JP2004063485A

JP2004063485A - Semiconductor manufacturing device

Info

Publication number: JP2004063485A
Application number: JP2002215396A
Authority: JP
Inventors: Akira Morohashi; 諸橋　明
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-07-24
Also published as: JP3877656B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that reaction byproducts adhere to the section of a tubular body joint in contact with a reactive gas, such as the inlet flange etc., in a semiconductor device when the byproducts are cooled. <P>SOLUTION: The internal wall surface 33 of an inlet flange 25 bonded through an O-ring 36 is maintained in a high-temperature state by interrupting the transfer of heat from the internal wall surface 33 to a first cooling water path 31 for cooling the O-ring 36, by forming the water path 31 on the upper-end flange 26 of the inlet flange 25 and an intercepting groove 34 from the lower surface of the flange 26 between the water path 31 and the internal wall surface 33 of the flange 25. In addition, the intercepting groove 34 which can be cooled easily is prevented from coming into contact with the reactive gas. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、反応管を設置する管体継手部のＯリング冷却構造を改良した半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置は、ウェーハ或いはガラス基板等の被処理基板に種々の薄膜を生成し、或はエッチング等を行い、被処理基板表面に多数の半導体素子を形成するものである。
【０００３】
斯かる半導体製造装置の一連の処理工程に於いて、被処理基板に成膜処理する工程があり、成膜処理を行う装置の一つに縦型炉がある。
【０００４】
縦型炉は、図３に示す様に、加熱装置である有天筒状のヒータ１、上端が閉塞し下端が開放された筒状のアウターチューブ２、上端が開放された筒状のインナーチューブ３、筒状のインレットフランジ４、蓋体である円盤状の炉口キャップ５により構成されており、また、前記アウターチューブ２、前記インナーチューブ３、前記インレットフランジ４、前記炉口キャップ５により反応室６を形成している。
【０００５】
被処理基板への成膜処理は、前記反応室６内を高温で、真空状態に維持して行う必要がある為、前記アウターチューブ２下端に前記インレットフランジ４がＯリングを介在させ気密に接合され、該インレットフランジ４下端は前記炉口キャップ５により気密に閉塞されているが、前記Ｏリングは熱で劣化する特性を有する。
【０００６】
従って、従来より前記インレットフランジ４内部に冷却水を流通させ、前記Ｏリングが熱により劣化するのを防止している。
【０００７】
上記したインレットフランジ４では、冷却水が循環されると、前記インレットフランジ４の内壁面も冷却され、前記反応室６内でウェーハ成膜時に生成される反応副生成物の一部は前記内壁面により冷却され固化し、排出されずに該内壁面に付着する。付着堆積した前記反応副生成物は剥離するとパーティクルとなって前記反応室６内に拡散し、前記ウェーハに付着して製品品質、歩留まりを低下させるという課題があった。
【０００８】
上記課題を解決すべく、特開平１１−４０５０５に開示される冷却構造が提案された。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この冷却構造では、冷却水路と管体継手部内壁面との間に遮断溝を設けており、管体継手部内壁面に反応副生成物が付着しなくなるが、発明者が鋭意研究した結果、反応管と前記管体継手部の間の微小な隙間から反応ガスが入り込み、冷却水路に近く低温となっている前記遮断溝に反応副生成物が溜まり、パーティクルが前記反応管と前記管体継手部との間を通って拡散するという新たな問題が発生していることを突き止めた。
【００１０】
本発明は斯かる実情に鑑み、インレットフランジ等の管体継手部の遮断溝に反応副生成物が付着してパーティクルを発生するという課題を解決した半導体製造装置を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、反応管と、該反応管をシール部材を介して設置する管体継手部と、該管体継手部を塞ぐ蓋体を有し、少なくとも前記反応管と管体継手部と蓋体により反応室が形成される半導体製造装置に於いて、前記管体継手部内には前記シール部材を冷却する冷却媒体流通路が設けられ、該冷却媒体流通路と前記管体継手部の内壁面側との間に前記反応室外部と連通するよう溝が設けられたことを特徴とする半導体製造装置に係り、前記管体継手部内壁面から冷却水路への熱移動を遮断し、前記管体継手部内壁面を高温状態に維持し、更に前記遮断溝に反応ガスが接することを防ぐ。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１を参照しつつ本発明の第１の実施の形態を説明する。尚、図１中、図３中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００１３】
図中２５は金属製で筒状の管体継手部であるインレットフランジを示し、該インレットフランジ２５は上部に顎状の上端フランジ２６、下部に下端フランジ２７を有し、内面に内顎２８を有し、前記上端フランジ２６の上面には凸部２９及び段差面３０を形成する。
前記凸部２９上面には下部クッション材４１が嵌入され、該下部クション材４１を介して石英又はＳｉＣ製の前記アウターチューブ２のフランジ部１４が立設され、該フランジ部１４と前記段差面３０で形成される下部空隙３５には前記凸部２９側から上端Ｏリング３６、側部クッション材３７が嵌入され、前記段差面３０外側上面には断面が逆Ｌ字形のカバー３８が前記フランジ部１４の外周部を全周に亘り覆う様に設けられ、又、前記フランジ部１４の上面と前記カバー３８の下面で形成される上部空隙３９に上部クッション材４０が嵌入され、前記アウターチューブ２と前記インレットフランジ２５は気密に接合されている。
【００１４】
前記上端Ｏリング３６及び側部クッション材３７下方の前記上端フランジ２６の内部には、前記上端Ｏリング３６及び側部クッション材３７を冷却するための第１の冷却水路が設けられ、該第１の冷却水路は断面形状が横長短冊状の円環状であり、前記インレットフランジ２５と同心に設けられている。また、前記カバー３８には前記上部クッション材４０を冷却するための第２の冷却水路４２が設けられている。
【００１５】
前記第１の冷却水路３１と前記インレットフランジ２５の内壁面３３との間であって、上端フランジ２６の下面より遮断溝３４が刻設される。該遮断溝３４は反応室６の外側と連通し、即ち大気雰囲気に開放される。また前記遮断溝３４は断面形状が縦長短冊形状であり、前記冷却水路３１と同心に全周に亘り設けられている。好ましくは、該遮断溝３４の上端は前記冷却水路３１の上端と同一、若しくは更に上方まで伸びている。
【００１６】
前記下端フランジ２７の下面は前記炉口キャップ５により下端Ｏリング２１を介在させて気密に閉塞され、前記内顎２８には円環状のインナーチューブ受け２２が下側から内嵌され、該インナーチューブ受け２２には前記インナーチューブ３が立設されている。
【００１７】
前記反応室６内で成膜処理が行われている間、前記第１の冷却水路３１及び第２の冷却水路４２には図示しない冷却水配管を介して冷却水が循環され、該冷却水により前記上端Ｏリング３６、側部クッション材３７、及び上部クション材３９が冷却される。一方、前記反応室６内は前記ヒータ１により加熱され高温となり、前記インレットフランジ２５の内壁面３３も高温となる。高温となった該内壁面３３から前記冷却水路３１方向への熱移動は、前記内壁面３３と冷却水３１間の距離が延長されたことにより困難となると共に、前記遮断溝３４により効果的に遮断される。
【００１８】
尚、高温となった前記内壁面３３から逆Ｌ字形のカバー３８内の第２の冷却水路４２方向への熱移動は距離が離れている分、影響は小さいので、この間には遮断溝３４が設けられていないが、冷却の効果が大きければ前記内壁面３３と第２の冷却水路の間となる位置にインレットフランジ２５の反応室６の外側から遮断溝を刻設することも可能である。
【００１９】
また、前記第１の冷却水路３１、第２の冷却水路４２には冷却水を流す例を説明したが、冷却水に限らず、他の冷却するための液体や気体の冷却媒体を流すことができる。
【００２０】
従って、前記内壁面３３に対する前記冷却水路３１を流通する冷却水による冷却効果が大幅に減少し、前記内壁面３３は高温状態に維持され、該内壁面３３には反応副生成物の付着が防止され、また、前記遮断溝３４は反応室６とは連通せず大気雰囲気に開放されている状態であるので、反応ガスによる反応副生成物の付着が完全になくなった。
【００２１】
以上述べた如く本発明の第１の実施の形態によれば、反応室内でウェーハ成膜時に生成される反応副生成物は第１の冷却水路３１が形成されたインレットフランジ２５等の管体継手部の内壁面より冷却されず固化しない為、管体継手部の内壁面に付着することなく外部に排出され、また、第１の冷却水路に近く冷却され易い遮断溝３４には反応ガスが流入しない構造とした。従って、反応副生成物が管体継手部の内壁面や遮断溝３４から反応副生成物が剥離してパーティクルとなって反応室６内に拡散し、ウェーハに付着することもなく、製品の品質、歩留まりを向上させることができる。又、管体継手部の内壁面や遮断溝３４に反応副生成物が付着しない為、管体継手部のメンテナンス時の作業が容易となり、更に管体継手部のメンテナンスサイクルを延長でき、装置の稼働率が向上する。更に、反応副生成物が腐食性のものであっても管体継手部内壁面や遮断溝３４の腐食を防止でき、管体継手部の耐用年数を延長することが可能となる等、種々の優れた効果を発揮する。
【００２２】
以下、図２を参照しつつ本発明の第２の実施の形態を説明する。図２では図１の装置を部分的に拡大しており、図２中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００２３】
本発明の第２の実施の形態は、前記第１の実施の形態の遮断溝３４に対して、更にヒータを挿入した装置である。この装置によれば、前記遮断溝３４に例えば帯状ヒータ４３を巻きつけ、例えば反応ガスにジクロルシランとアンモニアにより窒化膜を形成する場合には反応副生成物は塩化アンモニウムであり、この場合には１２０℃以上に加熱して反応副生成物である塩化アンモニウムが生成しない温度として塩化アンモニウムの付着を防止し、また加熱温度の上限値としては、Ｏリングの耐熱温度以下、例えば耐熱性Ｏリングを用いて２００℃以下の範囲で加熱するとよい。この第２の実施の形態では、冷却水の冷却効率の変動や、管体継手のヒータからの加熱量が変動した場合であって、管体継手部の温度低下が生じるようなことが起きても、確実に管体継手部内壁面に反応副生成物の付着が防止されるようになる。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、インレットフランジ等の管体継手部の遮断溝に反応副生成物が付着してパーティクルが発生するという課題を解決することができ、製品である半導体装置の品質、歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す正断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す正断面図である。
【図３】縦型炉についての概略説明図である。
【符号の説明】
５　　炉口キャップ
６　　反応室
２５　　インレットフランジ
２６　　上端フランジ
２９　　凸部
３０　　段差面
３１　　第１の冷却水路
３３　　内壁面
３４　　遮断溝
３６　　上端Ｏリング[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus in which an O-ring cooling structure of a pipe joint for installing a reaction tube is improved.
[0002]
[Prior art]
The semiconductor manufacturing apparatus forms various thin films on a substrate to be processed such as a wafer or a glass substrate, or performs etching or the like to form a large number of semiconductor elements on the surface of the substrate to be processed.
[0003]
In a series of processing steps of such a semiconductor manufacturing apparatus, there is a step of forming a film on a substrate to be processed, and a vertical furnace is one of apparatuses for performing the film forming processing.
[0004]
As shown in FIG. 3, the vertical furnace has a cylindrical heater 1 as a heating device, a cylindrical outer tube 2 having a closed upper end and an open lower end, and a cylindrical inner tube having an open upper end. 3, a cylindrical inlet flange 4 and a disc-shaped furnace port cap 5 serving as a lid. The outer tube 2, the inner tube 3, the inlet flange 4, and the furnace port cap 5 cause a reaction. A chamber 6 is formed.
[0005]
Since it is necessary to maintain the inside of the reaction chamber 6 at a high temperature and in a vacuum state when forming a film on the substrate to be processed, the inlet flange 4 is air-tightly joined to the lower end of the outer tube 2 via an O-ring. The lower end of the inlet flange 4 is hermetically closed by the furnace port cap 5, but the O-ring has a characteristic of being deteriorated by heat.
[0006]
Therefore, cooling water is circulated inside the inlet flange 4 to prevent the O-ring from being deteriorated by heat.
[0007]
In the above-described inlet flange 4, when cooling water is circulated, the inner wall surface of the inlet flange 4 is also cooled, and a part of the reaction by-product generated at the time of wafer film formation in the reaction chamber 6 is removed by the inner wall surface. To solidify and adhere to the inner wall surface without being discharged. When the reaction by-products adhered and deposited are separated, they become particles and diffuse into the reaction chamber 6, and adhere to the wafer to lower the product quality and yield.
[0008]
In order to solve the above problems, a cooling structure disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-40505 has been proposed.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In this cooling structure, a shut-off groove is provided between the cooling water passage and the inner wall surface of the pipe joint, so that reaction by-products do not adhere to the inner wall surface of the pipe joint. Reaction gas enters through a minute gap between the pipe joint and the pipe joint, and reaction by-products accumulate in the shut-off groove, which is close to the cooling water channel and has a low temperature, and particles are generated between the reaction pipe and the pipe joint. Identified a new problem of spreading through the gap.
[0010]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a semiconductor manufacturing apparatus which solves the problem that a reaction by-product adheres to a blocking groove of a pipe joint portion such as an inlet flange to generate particles.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has a reaction tube, a tube joint portion for installing the reaction tube via a seal member, and a lid for closing the tube joint portion, and at least the reaction tube, the tube joint portion, and the lid. In the semiconductor manufacturing apparatus in which a reaction chamber is formed, a cooling medium flow passage for cooling the seal member is provided in the pipe joint, and the cooling medium flow passage and an inner wall surface of the pipe joint are provided. Wherein a groove is provided to communicate with the outside of the reaction chamber between the pipe joint and the heat transfer from the inner wall surface of the pipe joint to the cooling water channel is blocked. The wall surface is maintained at a high temperature, and further, the reaction gas is prevented from coming into contact with the blocking groove.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the same components as those shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.
[0013]
In the figure, reference numeral 25 denotes an inlet flange which is a metal tubular joint, and the inlet flange 25 has a jaw-shaped upper flange 26 at an upper portion, a lower flange 27 at a lower portion, and an inner jaw 28 on an inner surface. A protrusion 29 and a step surface 30 are formed on the upper surface of the upper end flange 26.
A lower cushion material 41 is fitted on the upper surface of the convex portion 29, and a flange portion 14 of the outer tube 2 made of quartz or SiC is erected through the lower cushion material 41, and the flange portion 14 and the step surface 30 are provided. An upper O-ring 36 and a side cushioning material 37 are fitted into the lower gap 35 formed from the side of the convex portion 29 from the side of the convex portion 29, and a cover 38 having an inverted L-shaped cross section is provided on the outer upper surface of the step surface 30. Is provided so as to cover the entire outer periphery of the outer tube 2, and an upper cushion material 40 is fitted into an upper space 39 formed by an upper surface of the flange portion 14 and a lower surface of the cover 38. The inlet flange 25 is airtightly joined.
[0014]
Inside the upper end flange 26 below the upper end O-ring 36 and the side cushion member 37, a first cooling water passage for cooling the upper end O-ring 36 and the side cushion member 37 is provided. The cooling water passage is formed in an annular shape having a horizontally long rectangular shape in cross section, and is provided concentrically with the inlet flange 25. The cover 38 is provided with a second cooling water passage 42 for cooling the upper cushion material 40.
[0015]
Between the first cooling water channel 31 and the inner wall surface 33 of the inlet flange 25, a blocking groove 34 is formed from the lower surface of the upper flange 26. The blocking groove 34 communicates with the outside of the reaction chamber 6, that is, is opened to the atmosphere. The cut-off groove 34 has a vertically long and rectangular shape in cross section, and is provided over the entire circumference concentrically with the cooling water passage 31. Preferably, the upper end of the blocking groove 34 is the same as or higher than the upper end of the cooling water passage 31.
[0016]
The lower surface of the lower end flange 27 is airtightly closed by the furnace port cap 5 with a lower end O-ring 21 interposed therebetween, and an annular inner tube receiver 22 is fitted in the inner jaw 28 from below. The inner tube 3 is provided upright on the receiver 22.
[0017]
While the film forming process is being performed in the reaction chamber 6, cooling water is circulated through the first cooling water passage 31 and the second cooling water passage 42 through a cooling water pipe (not shown). The upper end O-ring 36, the side cushion material 37, and the upper cushioning material 39 are cooled. On the other hand, the inside of the reaction chamber 6 is heated by the heater 1 to have a high temperature, and the inner wall surface 33 of the inlet flange 25 also has a high temperature. Heat transfer from the hot inner wall surface 33 toward the cooling water passage 31 becomes difficult due to the increased distance between the inner wall surface 33 and the cooling water 31, and is effectively performed by the blocking groove 34. Will be shut off.
[0018]
Since the heat transfer from the inner wall surface 33 at the high temperature to the second cooling water passage 42 in the inverted L-shaped cover 38 has a small distance, the influence is small. Although not provided, if the cooling effect is great, it is also possible to cut out a blocking groove from the outside of the reaction chamber 6 of the inlet flange 25 at a position between the inner wall surface 33 and the second cooling water passage.
[0019]
Also, an example has been described in which cooling water flows through the first cooling water passage 31 and the second cooling water passage 42. However, the invention is not limited to cooling water, and other cooling liquid or gas cooling media may be used. it can.
[0020]
Accordingly, the cooling effect of the cooling water flowing through the cooling water passage 31 on the inner wall surface 33 is greatly reduced, the inner wall surface 33 is maintained at a high temperature, and the adhesion of reaction by-products to the inner wall surface 33 is prevented. In addition, since the shut-off groove 34 is not communicated with the reaction chamber 6 and is open to the atmosphere, the adhesion of the reaction by-product due to the reaction gas is completely eliminated.
[0021]
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the reaction by-product generated at the time of film formation in the reaction chamber is formed by the pipe joint such as the inlet flange 25 in which the first cooling water channel 31 is formed. The reaction gas is discharged outside without adhering to the inner wall surface of the pipe joint because it is not cooled and solidified from the inner wall surface of the pipe portion, and the reaction gas flows into the shut-off groove 34 which is close to the first cooling water channel and is easily cooled. The structure was not used. Therefore, the reaction by-products are separated from the inner wall surface of the pipe joint portion and the cut-off groove 34 and are separated as particles and diffused into the reaction chamber 6 without adhering to the wafer. Thus, the yield can be improved. In addition, since reaction by-products do not adhere to the inner wall surface and the cut-off groove 34 of the pipe joint, the work at the time of maintenance of the pipe joint is facilitated, and the maintenance cycle of the pipe joint can be extended. The operation rate is improved. Furthermore, even if the reaction by-product is corrosive, it is possible to prevent corrosion of the inner wall surface of the pipe joint and the shut-off groove 34, and to extend the useful life of the pipe joint. It exerts its effect.
[0022]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the device of FIG. 1 is partially enlarged, and in FIG. 2, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
[0023]
The second embodiment of the present invention is an apparatus in which a heater is further inserted into the blocking groove 34 of the first embodiment. According to this apparatus, for example, a belt-shaped heater 43 is wound around the cut-off groove 34. For example, when a nitride film is formed by using dichlorosilane and ammonia as a reaction gas, a reaction by-product is ammonium chloride. C. to prevent the adhesion of ammonium chloride as a temperature at which ammonium chloride, which is a reaction by-product, is not generated by heating to not lower than the heat-resistant temperature of the O-ring, such as a heat-resistant O-ring. It is good to heat in the range below 200 ° C. In the second embodiment, when the cooling efficiency of the cooling water fluctuates or the amount of heating from the heater of the pipe joint fluctuates, the temperature of the pipe joint decreases. Also, the adhesion of the reaction by-product to the inner wall surface of the pipe joint can be reliably prevented.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to solve the problem that a reaction by-product adheres to a blocking groove of a pipe joint portion such as an inlet flange to generate particles, and the quality of a semiconductor device as a product can be improved. Thus, the yield can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front sectional view showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic explanatory view of a vertical furnace.
[Explanation of symbols]
5 Furnace port cap 6 Reaction chamber 25 Inlet flange 26 Upper flange 29 Convex part 30 Step surface 31 First cooling water channel 33 Inner wall surface 34 Cut-off groove 36 Upper end O-ring

Claims

A reaction tube, a tube joint portion for installing the reaction tube via a seal member, and a lid closing the tube joint portion, at least a reaction chamber is formed by the reaction tube, the tube joint portion, and the lid. In the semiconductor manufacturing apparatus to be formed, a cooling medium flow passage for cooling the seal member is provided in the pipe joint, and between the cooling medium flow passage and the inner wall surface side of the pipe joint. A semiconductor manufacturing apparatus, wherein a groove is provided so as to communicate with the outside of the reaction chamber.